Стафорд беше и командир на екипажа на първия съвместен американо-съветски полет. Участвал е в общо четири космически мисии.
Преди "Аполо 10" Стафорд е летял два пъти с космически кораб "Джемини" и е участвал в първата среща на две американски капсули в орбита.
Томас Стафорд е сред двайсет и четиримата души, летели до Луната. Той обаче не се е прилунявал и не е стъпвал на повърхността.